【摘要】：風(fēng)能作為一種開發(fā)成本低,清潔,安全的可再生能源越來越得到社會各界人士廣泛關(guān)注,成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。相較于其它可以穩(wěn)定獲取的清潔新能源,風(fēng)能的能量密度低并且穩(wěn)定性差,隨著季節(jié)和氣候的不同,風(fēng)的速度和方向都在隨機(jī)變化。因此,在大力開展風(fēng)能利用的今天,對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性和效率要求也在不斷提高。由于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有效率高、可靠性高、機(jī)組整體重量小、維護(hù)時省事省力等特點(diǎn),逐漸被業(yè)內(nèi)專業(yè)人士認(rèn)同。當(dāng)前,對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制以變槳距控制為主,通過調(diào)節(jié)槳距角實(shí)現(xiàn)額定風(fēng)速以上的恒功率運(yùn)行。但是,變槳距控制需要獨(dú)立的控制系統(tǒng),無形中增添了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的復(fù)雜性,并且變槳系統(tǒng)槳距角頻繁動作故障率相對較高。根據(jù)電監(jiān)會風(fēng)電安全監(jiān)管報告發(fā)布的數(shù)據(jù),2011年僅前八個月風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)發(fā)生故障的概率超過百分之四十。針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷,本文以上海致遠(yuǎn)綠色能源有限公司的60kW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為研究對象,對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采取失速和變槳混合控制策略。該控制方法是將被動失速調(diào)節(jié)與變槳距調(diào)節(jié)兩種控制技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行于低風(fēng)速時,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速,采取最大功率跟蹤策略;在額定風(fēng)速以上時,通過變槳使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片向著功角增大的方向轉(zhuǎn)過一定角度,主動使葉片進(jìn)入失速狀態(tài),使風(fēng)機(jī)功率維持穩(wěn)定功率輸出。失速和變槳混合控制策略的變槳速率可以比變槳控制的變槳速率小。高風(fēng)速時,葉片槳距角只需要微調(diào)就能維持額定功率輸出,變槳機(jī)構(gòu)的行程也比變槳控制少很多。在保證功率穩(wěn)定輸出的同時,使傳動系統(tǒng)的柔性得到有效提高,變槳機(jī)構(gòu)故障率得以降低。本課題以風(fēng)電行業(yè)權(quán)威的輔助設(shè)計和校核軟件GH Bladed為仿真平臺,根據(jù)60kW失速型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的真實(shí)數(shù)據(jù)建立模型,使用C++語言編寫控制程序,在GH Bladed軟件調(diào)用外部控制程序進(jìn)行仿真實(shí)驗。仿真結(jié)果表明,對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采取失速和變槳控制可以維持風(fēng)力機(jī)高風(fēng)速時的額定功率輸出,效果優(yōu)于變槳控制。
【圖文】：

圖 1-1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部件故障率及故障停機(jī)時間比例圖Fig.1-1 Diagram of the wind turbine components failure rate and downtime外定槳距失速控制也是常見風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制方式。這種類型的風(fēng)力的槳距角在安裝時已經(jīng)固定。當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片失夠限制功率增加。這種控制方式主要取決于葉片失速特性，風(fēng)能利用率較低速是一個錯綜復(fù)雜的物理過程，在風(fēng)速不穩(wěn)定時，很難準(zhǔn)確得出失速效果，控制方式很少用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制中[3]。永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采取失速和變槳混合控制，為了使失速時氣動效率有好的下降趨勢，風(fēng)力機(jī)葉片具有失速特性。因為永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以變速運(yùn)行，額定風(fēng)速以下時，可以最大功率跟蹤。高于額定風(fēng)速時，槳距角和變槳距控制相反，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)葉片向攻角增大的方向轉(zhuǎn)過一定角度，主動狀態(tài)[4]。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是：槳距角僅需要微調(diào)就可以維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)率輸出，變槳速率可以比變槳距控制的變槳速率小，功率輸出更穩(wěn)定。磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、維

GH Bladed 軟件可以使用在安裝陸地和海洋上多種水平軸風(fēng)機(jī)。主要應(yīng)用：風(fēng)機(jī)的初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和零部件技術(shù)要求、風(fēng)機(jī)驗證。該軟件所使用的的模和理論方法已在英美、丹麥、荷蘭等國風(fēng)機(jī)上得到廣泛的驗證�，F(xiàn)在，GH Bladed件應(yīng)用廣泛，用戶包括風(fēng)機(jī)整機(jī)和控制系統(tǒng)制造商、高校和研究機(jī)構(gòu)等。 用戶可使用 GH Bladed 執(zhí)行下列任務(wù)：（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計，參數(shù)定義，風(fēng)和載荷況的定義；（2）穩(wěn)態(tài)性能快速計算；（3）動態(tài)模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動、運(yùn)行、停等；（4）對計算結(jié)果后處理，獲得運(yùn)行報告[43]。GH Bladed 軟件主界面如下圖 5-1 所示：根據(jù)軟件界面可以看出主要的設(shè)置和計功能分為 13 個部分。其中，風(fēng)力機(jī)參數(shù)設(shè)置包括：葉片參數(shù) Blades、翼型數(shù)據(jù)erofoil、葉輪參數(shù) Rotor、塔架參數(shù) Tower、傳動鏈 Power Train、機(jī)艙 Nacelle、控 Control、模擬分析 ModalAnalysis、計算 Calculation、數(shù)據(jù)查看 Data View、分析nalyse。環(huán)境參數(shù)包括：風(fēng) Wind、海面狀況 Sea State。軟件的基本工作流程是：通用戶調(diào)用或者自定義輸入模型參數(shù)后建立模型，通過控制選項自定義控制器，，在計界面選擇計算內(nèi)容進(jìn)項仿真，最后查看計算結(jié)果仿真曲線并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2695324